基于AHP和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

喬維德（無(wú)錫開放大學(xué) 科研與質(zhì)量控制處，江蘇 無(wú)錫 214011）

0 引 言

實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂是解決教師課堂講授能力差異的重要途徑，更是解決學(xué)生學(xué)習(xí)差異的有效途徑。與傳統(tǒng)課堂教學(xué)有所不同，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)充分體現(xiàn)“以學(xué)為主、寓教于學(xué)”的現(xiàn)代教學(xué)理念，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程管理與考核，強(qiáng)化學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化，滿足學(xué)生的個(gè)性自主學(xué)習(xí)需求，可極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)參與熱情，有利于建立良好、和諧、新型的師生和生生關(guān)系。目前，我國(guó)普通高校、職業(yè)院校等都在大力開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革活動(dòng)，許多教師及相關(guān)學(xué)者也在進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用實(shí)踐與研究，但針對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究成果并不多見。如構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)系統(tǒng)[1-3]，采用模糊層次分析法評(píng)價(jià)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量[4-5]等。現(xiàn)有翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究成果，一般僅停留于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建上，較少涉及指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重分配，缺乏實(shí)證研究成果。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，具有高度非線性、較強(qiáng)的時(shí)滯性和不確定性，如果仍單一采取傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，難以對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量作出公正、客觀、精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)。本文以翻轉(zhuǎn)課堂為研究對(duì)象，在分析影響翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)成效的關(guān)鍵要素前提下，運(yùn)用層次分析法（AHP）構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定各指標(biāo)權(quán)重，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，采取改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值和閾值，利用改進(jìn)BP算法、訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型，以期用更科學(xué)、更有效、更客觀地評(píng)價(jià)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量，為翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量提升提供參考依據(jù)。

1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

基于AHP和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型如圖1所示。首先在分析影響翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量因素的基礎(chǔ)上，運(yùn)用AHP構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定指標(biāo)權(quán)重；然后建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型，利用改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并輸出最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值與閾值，選取相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，由改進(jìn)BP算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；最后再利用樣本對(duì)已訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。其中運(yùn)用AHP計(jì)算的綜合得分作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的期望輸出，它與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸出之間的誤差必須在規(guī)定的誤差精度范圍內(nèi)。通過AHP與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合，可克服和避免在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)過程中產(chǎn)生的主觀及人為因素，從而使翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果更公正、客觀、真實(shí)、科學(xué)。

圖1 基于AHP和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)融合了傳統(tǒng)課堂教學(xué)要素及課堂翻轉(zhuǎn)變化的新要求和新特點(diǎn)，在實(shí)施過程中涉及的因素較多，且各因素之間又有關(guān)聯(lián)，因而運(yùn)用AHP構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，要用系統(tǒng)工程的思維考慮問題，以客觀性、目的性、科學(xué)性及可比性、效益性為基本原則，注重評(píng)價(jià)指標(biāo)的共性與個(gè)性、定性與定量的有機(jī)結(jié)合與有效轉(zhuǎn)化。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)不僅需要具備普遍性，而且還需要呈現(xiàn)特殊性，評(píng)價(jià)時(shí)既要全面考慮翻轉(zhuǎn)課堂的各個(gè)環(huán)節(jié)，又要重點(diǎn)考核翻轉(zhuǎn)課堂的重點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)還要分析影響翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量的各因素之間存在的關(guān)聯(lián)度，從而保證評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、合理、精準(zhǔn)。影響翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量的各種外在和內(nèi)在因素錯(cuò)綜復(fù)雜，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的獨(dú)特性及對(duì)教師、學(xué)生的要求，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。一是考慮課前教師準(zhǔn)備與學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況，如教學(xué)微視頻開發(fā)、學(xué)習(xí)任務(wù)書設(shè)計(jì)等；二是重點(diǎn)考查課堂學(xué)習(xí)與活動(dòng)組織情況，如課中問題交流討論、課堂實(shí)踐活動(dòng)操練、課堂學(xué)習(xí)成效等；三是注重學(xué)生的課后學(xué)習(xí)及師生的總結(jié)反思，如學(xué)生課后作業(yè)完成質(zhì)量、學(xué)生課后拓展內(nèi)容學(xué)習(xí)情況等。基于以上分析，在參考相關(guān)文獻(xiàn)、咨詢教育專家及征求師生代表意見基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見表1）。該指標(biāo)體系由目標(biāo)層（M）、一級(jí)指標(biāo)層（H）、二級(jí)指標(biāo)層（W）、三級(jí)指標(biāo)層（X）組成，其中，一級(jí)指標(biāo)層有指標(biāo)3項(xiàng)，二級(jí)指標(biāo)層有指標(biāo)9項(xiàng)，三級(jí)指標(biāo)層有指標(biāo)36項(xiàng)。

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

采用1—9比率標(biāo)度法建立翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的權(quán)重判斷矩陣為：M—H，H1—W，H2—W，H3—W，W1—X，W2—X，W3—X，W4—X，W5—X，W6—X，W7—X，W8—X，W9—X（見表2～表14）。在權(quán)重判斷矩陣M—H中，“5”表示一級(jí)指標(biāo)H2（課堂學(xué)習(xí)與活動(dòng)組織）比一級(jí)指標(biāo)H1（課前準(zhǔn)備與學(xué)習(xí)）重要，“7”表示一級(jí)指標(biāo)H2（課堂學(xué)習(xí)與活動(dòng)組織）比H3（課后學(xué)習(xí)與反思）重要得多，而“1/5”則表示H1沒有H2重要，“1/7”表示H3沒有H2重要，因而將一級(jí)指標(biāo)層中的課堂學(xué)習(xí)與活動(dòng)組織、課前準(zhǔn)備與學(xué)習(xí)、課后學(xué)習(xí)與反思所占的權(quán)重分別設(shè)定為0.48、0.35和0.17（見表2）。其它權(quán)重判斷矩陣以此類推。在計(jì)算以上各權(quán)重判斷矩陣特征向量且進(jìn)行歸一化處理后，得到翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)合成權(quán)重（見表15），即三級(jí)指標(biāo)層各指標(biāo)相對(duì)目標(biāo)層的綜合權(quán)重。

表1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 權(quán)重判斷矩陣M—H

表3 權(quán)重判斷矩陣H1—W

表4 權(quán)重判斷矩陣H2—W

表5 權(quán)重判斷矩陣H3—W

表6 權(quán)重判斷矩陣W1—X

表7 權(quán)重判斷矩陣W2—X

表8 權(quán)重判斷矩陣W3—X

表9 權(quán)重判斷矩陣W4—X

表10 權(quán)重判斷矩陣W5—X

表11 權(quán)重判斷矩陣W6—X

表12 權(quán)重判斷矩陣W7—X

表13 權(quán)重判斷矩陣W8—X

表14 權(quán)重判斷矩陣W9—X

3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型[6-7]如圖2所示。

圖2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要經(jīng)過不斷學(xué)習(xí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，即輸入層與中間層之間的連接權(quán)值ωij，中間層與輸出層之間的連接權(quán)值Gki，以及中間層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)閾值θi和輸出層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)閾值θk，從而最終實(shí)現(xiàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸出A與理想輸出B之間的偏差降至規(guī)定要求的誤差精度范圍內(nèi)。鑒于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始連接權(quán)值和閾值等結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇對(duì)網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果影響極大，針對(duì)傳統(tǒng)BP算法收斂速度慢，ωij,Gki,θi,θk等參數(shù)初始值較為敏感，易陷入局部極值等狀況，提出一種改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化輸出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中ωij,Gki,θi,θk等最優(yōu)初始連接權(quán)值和閾值，并通過改進(jìn)BP算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以學(xué)習(xí)訓(xùn)練，直至BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出誤差滿足要求為止。

表15 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)合成權(quán)重

為避免標(biāo)準(zhǔn)BP算法在學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程中陷入局部極小并可能出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，采?。?）、 （2）式所示的基于動(dòng)量和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的改進(jìn)BP算法。通過加入動(dòng)量項(xiàng)可避免網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練中產(chǎn)生振蕩；通過引入自適應(yīng)學(xué)習(xí)因子調(diào)整學(xué)習(xí)率，可避免因過大或過小的學(xué)習(xí)率及過慢的收斂速度而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩乃至發(fā)散現(xiàn)象。

其中，β為動(dòng)量因子?為加入的動(dòng)量項(xiàng)；c,d為常數(shù)，且0＜c＜d；η為需要調(diào)整的學(xué)習(xí)率（學(xué)習(xí)步長(zhǎng)）；σ為網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元層之間的誤差；Xi為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層輸入信號(hào)。

標(biāo)準(zhǔn)粒子群（PSO）算法按（3）、 （4）式進(jìn)行迭代計(jì)算，直至粒子搜索出最優(yōu)位置。

其中，t為尋優(yōu)迭代次數(shù)；Sij（t）為粒子在t代時(shí)當(dāng)前位置；Vij（t）為粒子在t代時(shí)速度；ω為粒子運(yùn)動(dòng)慣性權(quán)重，γ1,γ2為加速因子，分別修正朝著全局最優(yōu)粒子和向個(gè)體最優(yōu)粒子位置方向移動(dòng)的最大步長(zhǎng)，選取γ1=γ2=2；rand1,rand2為0～1隨機(jī)數(shù)。

為防止粒子群算法產(chǎn)生“早熟”現(xiàn)象，對(duì)慣性權(quán)重ω進(jìn)行更新，讓其跟隨粒子群算法的迭代次數(shù)進(jìn)行線性調(diào)節(jié)，即：

其中，ωmax為慣性權(quán)重最大值，ωmin為慣性權(quán)重最小值，t為當(dāng)前更新迭代次數(shù)，tmax為最大更新迭代次數(shù)。

為擴(kuò)展粒子群算法的搜索尋優(yōu)空間，減少甚至消除粒子群在沒有完全搜索前陷入局部極值概率，當(dāng)粒子每次迭代更新后對(duì)粒子按一定的變異概率g做重新初始化處理，即參照遺傳算法中種群變異思想，引入遺傳變異因子，從而實(shí)現(xiàn)粒子群算法的全局最優(yōu)[8]。其操作方法為：

其中h為0～1之間的隨機(jī)值，由它決定粒子向著最大或最小位置方向變異。

由（7）式求得變異概率g：

其中，g1,g2分別為變異概率的初始取值和最終取值，選取g1＜g2，以保證變異概率g根據(jù)余弦變化規(guī)律由小逐漸增大。

改進(jìn)粒子群算法和BP算法優(yōu)化訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流程[9]如圖3所示，其關(guān)鍵步驟如下：

（1）初始化算法參數(shù)，隨機(jī)初始化粒子群初始位置和初始速度，設(shè)定初始慣性權(quán)重ω和加速因子γ1,γ2，最大迭代次數(shù)tmax，確定BP算法的動(dòng)量因子β，學(xué)習(xí)率η等。選定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層、中間層及輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)各自為S1, S2, S3，即BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為S1—S2—S3，種群中的每個(gè)個(gè)體粒子對(duì)應(yīng)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層所有神經(jīng)元之間的連接權(quán)值和閾值，粒子維度表示為S1×S2+S2×S3+S2+S3，其中，連接權(quán)值個(gè)數(shù)為（S1×S2+S2×S3），閾值個(gè)數(shù)為（S2+S3）。

（2）選取翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的樣本（含訓(xùn)練、測(cè)試）數(shù)據(jù)，對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，計(jì)算粒子群中每個(gè)粒子的適應(yīng)度函數(shù)值。這里采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出誤差E作為粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)，則：

其中，Bjk為第j個(gè)訓(xùn)練樣本在第k個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)處的網(wǎng)絡(luò)期望輸出，Ajk為第j個(gè)訓(xùn)練樣本在第k個(gè)網(wǎng)絡(luò)輸出神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)處的實(shí)際輸出，m為網(wǎng)絡(luò)輸出層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)（即m=S3），n為訓(xùn)練樣本數(shù)。

（3）對(duì)于每個(gè)粒子的適應(yīng)度值，如果其值好于全局最佳位置的粒子適應(yīng)度函數(shù)值，則粒子位置為當(dāng)前全局最佳位置。

（4）采用粒子群算法中（3）、 （4）、 （5）式分別更新粒子速度、位置。

圖3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化訓(xùn)練流程

（5）每次迭代更新粒子位置后，根據(jù)（6）、 （7）式對(duì)粒子以一定概率進(jìn)行變異操作，完成重新初始化處理。

（6）重復(fù)執(zhí)行步驟（2）～（5），當(dāng)粒子適應(yīng)度函數(shù)值達(dá)到規(guī)定精度和最大迭代次數(shù)時(shí)，改進(jìn)粒子群算法搜索結(jié)束，輸出全局粒子最佳位置且映射為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)初始連接權(quán)值和閾值。

（7）采用改進(jìn)BP算法，即按（1）、 （2）式對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以訓(xùn)練，不斷調(diào)整BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值和閾值，直至滿足設(shè)定的最大訓(xùn)練次數(shù)或網(wǎng)絡(luò)輸出達(dá)到最小誤差精度要求。

（8）將測(cè)試樣本輸入已訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

4.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)有36項(xiàng)，既有定性指標(biāo)也有定量指標(biāo)，但由于各指標(biāo)量綱和單位有所不同，為便于對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，應(yīng)對(duì)定量指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，即：

其中，X *（k）為指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化處理值，xkmax,xkmin分別為第k個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的最大值和最小值。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)中絕大部分指標(biāo)為定性指標(biāo)，這些定性指標(biāo)首先必須轉(zhuǎn)換為定量指標(biāo)數(shù)據(jù)，即由教育領(lǐng)域的專家、評(píng)委按[0, 100]百分制打分考核，然后根據(jù)（9）式對(duì)定量指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，再將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0～1區(qū)間范圍內(nèi)的評(píng)價(jià)值。

4.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)36項(xiàng)分別對(duì)應(yīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的36個(gè)輸入神經(jīng)元，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入量為經(jīng)過歸一化處理后的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)值。

（2）中間層節(jié)點(diǎn)數(shù)。中間層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)由（10）式計(jì)算得出，即：

其中q取值為1～10之間的常數(shù)。通過多次實(shí)驗(yàn)，確定中間層節(jié)點(diǎn)數(shù)為12。

（3）輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)。以翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)36項(xiàng)數(shù)據(jù)值作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入信號(hào)，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果A作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出。評(píng)價(jià)結(jié)果A根據(jù)評(píng)價(jià)分值高低順序共設(shè)定5個(gè)等次，分別為優(yōu)秀[1～0.9]、良好（0.9～0.8]、中等（0.8～0.7]、合格（0.7～0.6]、不合格（0.6～0]，因而輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)有5個(gè)。

據(jù)此BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為36—12—1，粒子維度（數(shù)）d=36×12+12×1+12+1=457，其中，包含網(wǎng)絡(luò)各層之間的連接權(quán)值數(shù)444個(gè)，閾值數(shù)13個(gè)。

4.3 訓(xùn)練與測(cè)試樣本

從無(wú)錫、常州等地普通高校、職業(yè)院校選取機(jī)電、計(jì)算機(jī)、電子商務(wù)、英語(yǔ)等專業(yè)課程實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)部分?jǐn)?shù)據(jù)樣本（見表16），第1～20組數(shù)據(jù)用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，第21～25組數(shù)據(jù)用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試檢驗(yàn)；X11, X12, X13, …,X93為教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)；得分（B）為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的綜合得分，由運(yùn)用AHP計(jì)算得到，此得分即為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的期望輸出值B。

4.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

改進(jìn)粒子群算法及BP算法參數(shù)的初始化大大影響著BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能，相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：粒子群算法的最大迭代次數(shù)tmax=500，種群規(guī)模為40，慣性權(quán)重ωmax=0.8，慣性權(quán)重ωmin=0.3，變異概率g1=0.07,g2=0.45；BP算法的初始學(xué)習(xí)率（學(xué)習(xí)步長(zhǎng)）η=0.15，動(dòng)量因子β=0.75。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)誤差精度為1×10-4，BP算法最大迭代次數(shù)設(shè)定為800。借助MATLAB7.0仿真工具軟件，將表16第1～20組樣本輸入至BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，直至達(dá)到規(guī)定的誤差精度或最大迭代次數(shù)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練誤差變化曲線如圖4所示。當(dāng)訓(xùn)練步數(shù)達(dá)69步時(shí)，訓(xùn)練誤差便滿足目標(biāo)誤差精度要求，訓(xùn)練時(shí)間較短，訓(xùn)練精度較高。表16第21～25組BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試樣本評(píng)價(jià)結(jié)果見表17。由表17可看出，測(cè)試數(shù)據(jù)用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸出值與期望輸出值的相對(duì)誤差最高不超過1.7%，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)與期望輸出完全一致?；贏HP和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型具有很強(qiáng)的泛化能力，非常契合教育行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业脑u(píng)價(jià)思維，可比較科學(xué)、客觀、高效、精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量。

5 結(jié) 語(yǔ)

表16 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本及測(cè)試樣本

本文在分析影響翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量主要因素的基礎(chǔ)上，運(yùn)用AHP構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并確定各指標(biāo)綜合權(quán)重，同時(shí)構(gòu)建用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。針對(duì)粒子群算法及標(biāo)準(zhǔn)BP算法存在的缺陷，提出改進(jìn)粒子群算法和改進(jìn)BP算法，即在標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法中更新慣性權(quán)重并引入遺傳變異因子，在標(biāo)準(zhǔn)BP算法中加入動(dòng)量項(xiàng)和自適應(yīng)學(xué)習(xí)因子。采取改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化輸出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最佳初始權(quán)值和閾值，利用一定的樣本數(shù)據(jù)和改進(jìn)BP算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以訓(xùn)練和測(cè)試。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)，具有評(píng)價(jià)速度快、準(zhǔn)確度高、智能化程度高的顯著優(yōu)勢(shì)，為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)提供一種新的思路和方法，對(duì)職業(yè)院校的課堂教學(xué)改革、提升課堂教學(xué)質(zhì)量有一定的指導(dǎo)作用。

圖4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練誤差變化曲線

表17 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試樣本評(píng)價(jià)結(jié)果